1、 ICS 93.080.01CCS P 6615內蒙古自治區地方標準DB15/T 26172022公路路基路面三維探地雷達檢測規程Regulation of 3d ground penetrating radar detection for road subgrade and pavement2022-06-24發布2022-06-24實施 DB 15/T 26172022目次前言. II12345范圍. 1規范性引用文件 . 1術語和定義 . 1基本規定 . 3三維探地雷達檢測系統 . 3儀器設備組成 . 3三維探地雷達參數選取 . 467檢測準備及環境要求 . 5前期資料調查 . 5現場踏

2、勘 . 5檢測環境要求 . 5檢測程序 . 5系統標定 . 5現場檢測 . 6復測驗證 . 689數據分析 . 6數據處理 . 6數據解譯 . 7報告編寫 . 7附錄A（規范性）常見材料相對介電常數. 8附錄B（規范性）公路材料相對介電常數標定. 9附錄C（規范性）三維探地雷達現場記錄表. 11I DB 15/T 26172022前言本文件按照GB/T 1.12020標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則的規定起草。II DB 15/T 26172022公路路基路面三維探地雷達檢測規程1范圍本文件規定了三維探地雷達公路路基路面檢測的設備、檢測程序、數據分析等要求。本文件適用于各等級

3、公路路基路面結構層厚度、脫空、含水和含冰程度、裂縫等內容檢測，其他等級公路路基路面檢測可參考執行。2規范性引用文件下列文件中的內容通過文中的規范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。JT/T 940JGJ/T 437JTG 3430JTG 3450JTG E42公路斷面探傷及結構層厚度探地雷達城市地下病害體綜合探測與風險評估技術標準公路土工試驗規程公路路基路面現場測試規程公路工程集料試驗規程3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。三維探地雷達 3D ground penetrat

4、ing radar采用陣列天線電磁波發射、接收技術，通過采集多通道反射信號反映地層縱剖面與橫剖面地質情況，能夠形成高密度三維立體電磁波數據的一種探地雷達，可用于公路工程結構層厚度、含水率、脫空、內部裂縫等檢測，為一種無損檢測技術。探地雷達天線 GPR antenna探地雷達發射和接收電磁波的裝置，分為發射天線及接收天線。探地雷達天線分為脈沖式與頻率步進式，以Hz為單位。相對介電常數 relative dielectric constant介質相對于真空的介電常數，以字母r表示。1 DB 15/T 26172022測距輪 distance measurement instrument一種通過轉動

5、測量距離的裝置，每轉動一圈產生固定的脈沖數。實際測距時，根據脈沖數和測量輪的周長可以確定距離。掃描率 scan rate單位時間或距離內的掃描次數。時窗 time window探地雷達接收信號的時間范圍。分辨率 resolution分辨最小異常體的能力。增益 gain對探地雷達波信號進行放大或補償的處理方法。同相軸 events探地雷達數據中相鄰道振動相位相同的極值（波峰或波谷）的連線。信噪比 signal-noise-ratio有效信號功率與干擾信號（噪聲）功率之比。濾波 wave filtering根據有效信號與干擾信號的頻率分布差異，采用合理的濾波器，將干擾信號盡可能去除，保留更多有效信

6、號的數據處理方法。反褶積（反濾波） deconvolution (inverse filtering)2 DB 15/T 26172022去除探地雷達波信號中雷達子波長度影響，保留地下反射系數信號的數據處理方法。偏移歸位 migration探地雷達波信號記錄中將每個地下反射點移動至原有位置的數據處理方法。背景去噪 background noise removal通過對選定信號在整個剖面消除一致性的噪聲，抑制水平一致性的能量，達到使雷達電磁波信號清晰的處理方法。4基本規定三維探地雷達檢測內容包括路基路面結構層厚度、脫空、含水和含冰情況、裂縫等。公路含冰分布檢測可在每年11月至次年6月進行，檢測前

7、應通過鉆探資料進行對比試驗，調查測區內有效波、干擾波分布規律，確定凍土區平均介電常數和大致厚度范圍。三維探地雷達應每年定期檢查、校準和保養，具體要求應符合JT/T 940的規定。5三維探地雷達檢測系統儀器設備組成包括雷達主機、雷達天線、采集觸發系統、測量接收定位系統、里程計、測距輪等，如圖1所示。圖1三維探地雷達設備示意圖三維探地雷達設備主要性能應滿足如下要求：a）天線通道數不少于8道，各通道應保持良好的一致性；b）A/D轉換位數不應小于16 bit；c）距離標定誤差不大于2；3 DB 15/T 26172022d）工作電源宜選用可充電電池，續航能力應在4 h以上，續航能力不足時，應配置備用電

8、源；e）垂直分辨率不大于0.5 ns；f）測量接收定位系統的分辨率為厘米級。三維探地雷達參數選取5.2.1雷達天線參數的選取應滿足如下要求。脈沖式探地雷達5.2.1.1若選擇的天線為脈沖式，可按公式（1）確定天線中心頻率：15000=（1）式中：fc 天線中心頻率（MHz）；x分辨率（cm）；r公路結構層平均相對介電常數，常見道路工程相關材料介相對介電常數見附錄A。5.2.1.2頻率步進式探地雷達若選擇的天線為頻率步進式，可按公式（2）確定天線帶寬：=（2）1 2 式中：BW 天線帶寬（GHz）；1加權系數，取1.11.2，充分考慮全頻率信號衰減，干擾源種類小于等于4種或干擾源距天線大于3 m

9、時，取1.1；干擾源種類大于4種或干擾源距天線小于3 m時，取1.2；C光速，一般取30（cm/ns）。5.2.2天線中心頻率或天線帶寬選擇宜參考表1。表1天線參數選定表檢測深度（m）測量誤差允許范圍（cm）中心頻率（GHz）帶寬（GHz）1.5注：表1中測量誤差允許值可視為分辨率值。5.2.3時窗長度可按公式（3）確定。2=（3）2式中：W時窗長度（ns）；2加權系數，一般取22.5，目標深度越小，加權系數越大；dmax最大檢測深度（m）；v 電磁波在介質中的傳播速度（m/ns）。5.2.4掃描樣點數可按公式（4）確定：4 DB 15/T 26172022=（4）500式中：S 掃描樣點數；

10、W 時窗長度（ns）；fc天線中心頻率（MHz）；k 掃描樣點數調整系數，根據天線中心頻率調整，一般取610。6檢測準備及環境要求前期資料調查前期資料調查主要包括如下內容：a）檢測區域路面結構、道路材料信息、交通量等相關資料；b）檢測區域近3年內路面養護及維修等相關信息；c）檢測區域內歷年檢測結果，重點關注凍脹、翻漿、裂縫等病害；d）與檢測工作有關的其他資料，如檢測區凍土分布等。現場踏勘現場踏勘主要包括如下內容：a）現場校核檢測路段內的車道數與坐標控制點；b）記錄檢測路段內對檢測工作有影響的環境干擾因素。檢測環境要求檢測環境包括如下要求：a）檢測環境溫度（空氣溫度）應在-3040范圍內；b）待

11、測道路應保證路面清潔、平整，無大塊凸起物；c）檢測過程中應遠離電磁信號干擾較強區域；d）待測路面無明顯積水，無降雨、降雪及沙塵干擾。7檢測程序系統標定系統標定主要包括如下內容：a)測距輪標定：選取平整、無坡度路面，在路面上劃定一定距離區間，承載車行駛至起點，點擊軟件界面中“開始標定”按鈕，承載車沿直線行駛至終點，點擊軟件界面中“標定完成”按鈕，輸入實際承載車行駛距離，完成標定工作。標定距離應不小于100 m，誤差應不大于2。當承載車胎壓變化明顯或日平均氣溫變化超過15時，應重復此項標定；b)檢測不同結構或材料的公路路基路面時，應標定公路材料相對介電常數或電磁波傳播速度。標定段長度20 km，標

12、定點位個數不少于4個，標定段內相對介電常數取平均值。公路結構層含水率變化較大、路表病害較多時，應適當增加標定點數。標定方法包括金屬薄板法、鉆芯實測法、共中點法，具體操作及計算方法見附錄B。5 DB 15/T 26172022現場檢測現場檢測主要包括如下步驟：a)按照使用說明中的安裝方法將雷達主機、雷達天線、拆卸式支架、采集觸發設備、定位設備等安裝牢固，雷達天線應安裝于承載車后方，天線懸空高度見表2。天線支架周圍應配備警示燈、反光條帶、警示牌。檢查連接線安裝無誤后開機預熱，預熱時間不應少于使用說明規定的時間；打開數據采集軟件，進行探地雷達系統試運行，檢查雷達系統與承載車的運行狀況，設定數據采集模

13、式。公路材料相對介電常數數據采集選擇共中點采集模式；公路層厚、病害數據采集選擇常規采集模式；b)c)d)e)f)根據雷達天線寬度、檢測目的、測區地形、工程地質情況提前布置測線，應做到行車道全覆蓋。測線應沿車道前進方向布設，測線間距應不大于三維雷達天線陣列0.5倍寬；雷達檢測車行駛速度應根據雷達天線頻率調整，天線頻率越低，雷達系統行駛速度越低（見表2）。雷達天線頻率推薦值見表1；記錄檢測區域起點位置與終點位置，檢測過程中記錄路表病害位置信息，如路面坑槽、結冰、融沉、修補等；檢測結束后，操作人員應檢查數據文件，要求文件完整，內容正常，否則重新檢測。表2行駛速度、懸空高度選定表中心頻率（MHz）28

14、00320023002800130023009001300帶寬（GHz）行駛速度（km/h）3080懸空高度（cm）30603.03.52.63.01.52.61.01.50.61.02030103040010002010復測驗證復測驗證為前期檢測分析的補充工作，復測驗證比例不少于異常信號區總數的10%。為了消除外界環境、定位信號對雷達探測的影響，對雷達探測信號異常區域進行復測驗證。宜對道路結構層脫空、道路結構內部裂縫、路基土疏松、融沉、空洞等影響公路服役性能的缺陷進行鉆孔驗證等試驗，達到準確核實路基路面內部缺陷的目的。8數據分析數據處理8.1.1數據處理主要包括如下內容：a)進行零點校正，明

15、確地面反射點的位置；b)對自由連續采集的數據進行水平距離歸一化處理；c)根據需要選取增益、頻率濾波、背景去噪反褶積、偏移歸位、空間濾波、數據平滑、地形校正等處理方法；d)e)f)在數據處理各階段均選擇頻率濾波，消除某一頻段的干擾波；用反褶積壓制多次反射波干擾，反射子波宜是最小相位子波；用空間濾波的有效道疊加或道間差方法，提高異常信號的連續性、獨立性和可解譯性；6 DB 15/T 26172022g)在其它方法處理完后，改變反射信號的振幅特征。8.1.2探地雷達數據處理包含數據預編輯、數據預處理、常規處理、高級處理、解釋處理，雷達數據流程應符合JGJ/T 437中的規定。數據解譯8.2.1數據解

16、譯主要包括如下內容：a)用于成果解釋的雷達圖像清晰、信噪比高，解釋成果應采用專業語言描述；根據信號的同相軸及振幅、相位和頻率等屬性特征提取異常信號；結合現場記錄和調查資料，排除干擾異常；b)c)d)路基路面異常信號解釋需結合路面變形、結冰情況、歷史沉陷等調查資料及測區地質及天氣資料；e)f)路基路面內部異常體位置、范圍和規模，結合無異常雷達信號相鄰測線雷達剖面圖像對比分析確定；雷達剖面圖像上應標明路基路面內部異常信號的位置。探地雷達數據分析流程包括異常目標提取、干擾異常識別、路基路面異常信號確定以及異常信8.2.2號解釋，具體分析流程應符合JGJ/T 437中的規定。9報告編寫報告編制應符合如

17、下要求：a)b)報告編寫應根據任務書、設計書及有關文件進行；成果報告應在系統收集、分析、整理工作區的路基路面結構設計、工程地質等有關資料的基礎上編寫；c)d)成果報告應包含復測驗證結果；成果報告應章節合理、內容全面、重點突出、立論有據、結構嚴謹文字簡練、圖文并茂、結論明確；e)報告附圖、附件應目的明確、配置合理、美觀整潔。報告主要包括以下內容：a)工程概況；b)c)d)e)f)g)h)工作依據；工作技術方法；工作量完成情況及質量評述；檢測結果；結論與建議；附圖、附表；附表（附錄C）。7 DB 15/T 26172022AA附錄 A（規范性）常見材料相對介電常數常見道路工程相關材料相對介電常數如

18、表A.1所示。表A.1常見材料相對介電常數材料空氣淡水冰相對介電常數物質材料相對介電常數3101瀝青混凝土水泥混凝土土81415344589420瀝青玄武巖水泥46石灰巖48注：瀝青混凝土、水泥混凝土、土為多空隙材料。材料介電常數與空隙度成反比，與空隙含水率成正比。路面材料空隙與含水率計算可按照JTG E42，土工材料空隙與含水率計算可按照JTG 3430。8 DB 15/T 26172022BB附錄 B（規范性）公路材料相對介電常數標定B.1金屬薄板法B.1.1將三維探地雷達系統按照7.2a方式連接并預熱。將長寬不小于33 m，厚度不小于5 mm的金屬板放置于待測道路，設定數據采集模式為常規

19、采集模式，將雷達天線陣列懸空置于金屬板上方測得金屬板反射振幅Ap。將金屬板移除，將雷達天線陣列懸空置于相同位置，設定數據采集模式為常規采集模式，天線陣列懸空置于金屬板上方測得公路面層反射振幅Ar。B.1.2利用公式（B.1）、（B.2）計算公路面層材料相對介電常數。1+=（B.1）（B.2）1=式中：R 電磁波在不同介質界面的反射系數；Ar公路面層反射波振幅；Ap金屬板反射波振幅。B.1.3金屬薄板法僅適用于空氣耦合探地雷達天線，且僅能測得公路面層材料相對介電常數。B.2鉆芯實測法B.2.1將三維探地雷達系統按照7.2a的方式連接并預熱。設定數據采集模式為常規采集模式，將雷達天線陣列置于待測道

20、路，測得公路路基路面電磁波反射時間t。在相同位置按照JTG 3450描述的方法鉆取公路路基路面芯樣，量取面層、基層等厚度d。B.2.2電磁波在芯樣內部傳播雙程時間t可直接從探地雷達圖像獲取，按照公式（B.3）可計算得到材料相對介電常數。2)（B.3）0.32= (式中：t雙程旅行時間（ns）；d標定目標厚度（cm）。B.2.3鉆芯實測法能夠測得公路路基路面任意相對介電常數，但是結果代表性較差。B.3共中點法B.3.1將三維探地雷達系統按照7.2a的方式連接并預熱。設定數據采集模式為共中點采集模式，將雷達天線陣列置于待測道路，由雷達數據處理軟件自動識別各結構層分界線，即可得到雷達波在各層的雙程走時及時間差，進而計算公路結構層各層材料的介電常數。B.3.2